راکتور بین المللی حرارتی جاده به خورشید - ساخت یک راکتور همجوشی در سراسر جهان در فرانسه. همجوشی سرد

ITER - راکتور بین المللی حرارتی (ITER)

مصرف انرژی انسانی هر سال در حال رشد است که بخش انرژی را به سمت توسعه فعال سوق می دهد. بنابراین، با ظهور نیروگاه های هسته ای، میزان انرژی تولید شده در سراسر جهان به میزان قابل توجهی افزایش یافت که امکان استفاده ایمن از انرژی برای تمام نیازهای بشر را فراهم کرد. به عنوان مثال، 72.3٪ از برق تولید شده در فرانسه از نیروگاه های هسته ای، در اوکراین - 52.3٪، در سوئد - 40.0٪، در بریتانیا - 20.4٪، در روسیه - 17.1٪ تامین می شود. با این حال، فناوری ثابت نمی‌ماند و برای برآوردن نیازهای انرژی بیشتر کشورهای آینده، دانشمندان در حال کار بر روی تعدادی از پروژه‌های نوآورانه هستند که یکی از آنها ITER (رآکتور تجربی حرارتی هسته‌ای بین‌المللی) است.

اگرچه سودآوری این تاسیسات هنوز مورد سوال است، اما با توجه به کار بسیاری از محققان، ایجاد و توسعه بعدی فناوری همجوشی گرما هسته‌ای کنترل‌شده می‌تواند منجر به یک منبع انرژی قدرتمند و ایمن شود. بیایید به برخی از جنبه های مثبت چنین نصبی نگاه کنیم:

• سوخت اصلی یک راکتور گرما هسته ای هیدروژن است که به معنای ذخایر عملاً پایان ناپذیر سوخت هسته ای است.
• هیدروژن را می توان با فرآوری آب دریا تولید کرد که در اکثر کشورها وجود دارد. از این نتیجه می شود که انحصار منابع سوخت نمی تواند بوجود آید.
• احتمال انفجار اضطراری در حین کار یک راکتور حرارتی بسیار کمتر از هنگام کار یک راکتور هسته ای است. به گفته محققان، حتی در صورت وقوع حادثه، انتشار تشعشعات خطری برای جمعیت نخواهد داشت و این بدان معناست که نیازی به تخلیه نیست.
• بر خلاف راکتورهای هسته ایراکتورهای همجوشی زباله های رادیواکتیو تولید می کنند که نیمه عمر کوتاهی دارند، به این معنی که سریعتر تجزیه می شوند. همچنین هیچ محصول احتراق در راکتورهای حرارتی وجود ندارد.
• یک راکتور همجوشی به موادی که برای تسلیحات هسته ای نیز استفاده می شود نیاز ندارد. این امر امکان سرپوش گذاشتن بر تولید تسلیحات هسته ای با فرآوری مواد برای نیازهای یک راکتور هسته ای را از بین می برد.

راکتور حرارتی - نمای داخلی

با این حال، تعدادی از کاستی های فنی نیز وجود دارد که محققان به طور مداوم با آن مواجه می شوند.

به عنوان مثال، نسخه فعلی سوخت که به شکل مخلوطی از دوتریوم و تریتیوم ارائه شده است، نیازمند توسعه فناوری های جدید است. به عنوان مثال، در پایان اولین سری از آزمایش‌ها در راکتور گرما هسته‌ای JET، که بزرگترین راکتور تا به امروز بود، راکتور آنقدر رادیواکتیو شد که توسعه یک سیستم تعمیر و نگهداری رباتیک ویژه برای تکمیل آزمایش بیشتر مورد نیاز بود. یکی دیگر از عوامل ناامید کننده در عملکرد یک راکتور حرارتی، راندمان آن است - 20٪، در حالی که راندمان یک نیروگاه هسته ای 33-34٪ است و یک نیروگاه حرارتی 40٪ است.

ایجاد پروژه ITER و راه اندازی راکتور

پروژه ITER به سال 1985 باز می گردد، زمانی که اتحاد جماهیر شورویپیشنهاد ایجاد مشترک یک توکامک - یک محفظه حلقوی با سیم پیچ های مغناطیسی که قادر به نگه داشتن پلاسما با استفاده از آهنربا است، در نتیجه شرایط لازم برای انجام واکنش همجوشی گرما هسته ای را ایجاد می کند. در سال 1992، یک توافقنامه چهارجانبه در مورد توسعه ITER امضا شد که طرفین آن اتحادیه اروپا، ایالات متحده آمریکا، روسیه و ژاپن بودند. در سال 1994، جمهوری قزاقستان، در سال 2001 - کانادا، در سال 2003 - کره جنوبی و چین، در سال 2005 - هند به پروژه پیوست. در سال 2005، محل ساخت راکتور تعیین شد - مرکز تحقیقات انرژی هسته ای Cadarache، فرانسه.

ساخت رآکتور با آماده سازی یک گودال برای فونداسیون آغاز شد. بنابراین پارامترهای گودال 130*90*17 متر بود. وزن کل مجموعه توکامک 360000 تن خواهد بود که 23000 تن آن خود توکامک است.

عناصر مختلفی از مجموعه ITER توسعه یافته و از سراسر جهان به محل ساخت و ساز تحویل داده خواهد شد. بنابراین در سال 2016، بخشی از هادی های سیم پیچ های پولوئیدی در روسیه توسعه یافت که سپس به چین فرستاده شد، که خود کویل ها را تولید می کند.

بدیهی است که سازماندهی چنین کار بزرگی اصلاً آسان نیست. بنابراین، طبق پیام ژوئن سال گذشته (2016): "دریافت اولین پلاسما برای دسامبر 2025 برنامه ریزی شده است."

مکانیسم عملکرد ITER tokamak

اصطلاح "توکامک" از یک مخفف روسی به معنای "محفظه حلقوی با سیم پیچ های مغناطیسی" گرفته شده است.

قلب توکامک محفظه خلاء چنبره شکل آن است. در داخل، تحت دما و فشار شدید، گاز سوخت هیدروژن به پلاسما تبدیل می شود – گازی گرم و دارای بار الکتریکی. همانطور که مشخص است، ماده ستاره ای با پلاسما نشان داده می شود و واکنش های گرما هسته ای در هسته خورشید دقیقاً تحت شرایط دما و فشار بالا رخ می دهد. شرایط مشابهی برای تشکیل، نگهداری، فشرده سازی و گرم شدن پلاسما با استفاده از سیم پیچ های مغناطیسی عظیمی که در اطراف یک ظرف خلاء قرار دارند ایجاد می شود. نفوذ آهنربا باعث محدود شدن پلاسمای داغ از دیواره های رگ می شود.

قبل از شروع فرآیند، هوا و ناخالصی ها از محفظه خلاء خارج می شوند. سپس سیستم های مغناطیسی که به کنترل پلاسما کمک می کنند شارژ می شوند و سوخت گازی معرفی می شود. هنگامی که جریان الکتریکی قدرتمندی از ظرف عبور می کند، گاز به صورت الکتریکی شکافته شده و یونیزه می شود (یعنی الکترون ها از اتم ها خارج می شوند) و پلاسما را تشکیل می دهند.

با فعال شدن و برخورد ذرات پلاسما، آنها نیز شروع به گرم شدن می کنند. تکنیک های گرمایش کمکی به رساندن پلاسما به دمای بین 150 تا 300 میلیون درجه سانتی گراد کمک می کند.

طراحی توکامک از عناصر زیر تشکیل شده است:

ظرف خلاء

("دونات") یک محفظه حلقوی ساخته شده از فولاد ضد زنگ است. قطر بزرگ آن 19 متر، و ارتفاع آن 11 متر است و وزن آن بیش از 5000 تن است مایع خنک کننده بین دیوارها گردش می کند که آب مقطر خواهد بود. برای جلوگیری از آلودگی آب، دیواره داخلی محفظه با استفاده از یک پتو در برابر تشعشعات رادیواکتیو محافظت می شود.

پتو

("پتو") - شامل 440 قطعه است که سطح داخلی اتاق را می پوشاند. مساحت کل ضیافت 700 متر مربع است. هر قطعه نوعی کاست است که بدنه آن از مس و دیواره جلویی آن قابل جابجایی و از بریلیم است. پارامترهای کاست ها 1x1.5 متر است و جرم آن بیش از 4.6 تن نیست. در طول تعدیل نوترونی، گرما آزاد می شود و توسط سیستم خنک کننده حذف می شود. لازم به ذکر است که گرد و غبار بریلیم که در نتیجه کار راکتور ایجاد می شود می تواند باعث بیماری جدی به نام بریلیم شود و همچنین دارای اثر سرطان زا باشد. به همین دلیل تدابیر امنیتی شدیدی در مجتمع در حال توسعه است.

توکامک در بخش. آهنرباهای زرد - شیر برقی، نارنجی - میدان حلقوی (TF) و میدان پولوییدی (PF)، آبی - پتو، آبی روشن - VV - مخزن خلاء، بنفش - دایورتور

("سیگاری") از نوع پولوئیدی دستگاهی است که وظیفه اصلی آن "پاکسازی" پلاسما از آلودگی ناشی از گرم شدن و تعامل دیوارهای محفظه پوشیده از پتو با آن است. وقتی چنین آلاینده‌هایی وارد پلاسما می‌شوند، به شدت شروع به تابش می‌کنند و در نتیجه تلفات تشعشع اضافی را به همراه دارند. در پایین توکوماک قرار دارد و با استفاده از آهنربا، لایه های بالایی پلاسما (که بیشترین آلودگی را دارند) به داخل محفظه خنک کننده هدایت می کند. در اینجا پلاسما خنک می شود و به گاز تبدیل می شود و پس از آن به بیرون از محفظه پمپ می شود. گرد و غبار بریلیم پس از ورود به محفظه عملاً قادر به بازگشت به پلاسما نیست. بنابراین، آلودگی پلاسما فقط در سطح باقی می ماند و به عمق بیشتری نفوذ نمی کند.

کرایوستات

- بزرگترین جزء توکوماک که یک پوسته فولادی ضد زنگ با حجم 16000 متر مربع (29.3 در 28.6 متر) و جرم 3850 تن است، در داخل کرایواستات قرار خواهد گرفت و خود به کار می رود به عنوان مانعی بین توکامک و محیط بیرون. روی دیوارهای داخلی آن صفحات حرارتی وجود دارد که با گردش نیتروژن در دمای 80 کلوین (193.15- درجه سانتیگراد) خنک می شوند.

سیستم مغناطیسی

- مجموعه ای از عناصری که برای نگهداری و کنترل پلاسما در داخل یک ظرف خلاء کاربرد دارند. این مجموعه ای از 48 عنصر است:

• سیم پیچ های میدان حلقوی در خارج از محفظه خلاء و در داخل کرایوستات قرار دارند. این سیم پیچ ها در 18 قطعه با ابعاد 15×9 متر و وزن تقریبی 300 تن ارائه شده اند.
• سیم پیچ های میدان پولوئیدی – در بالای سیم پیچ های میدان حلقوی و داخل کرایوستات قرار دارند. این سیم پیچ ها وظیفه تولید میدان مغناطیسی را بر عهده دارند که جرم پلاسما را از دیواره های محفظه جدا می کند و پلاسما را برای گرمایش آدیاباتیک فشرده می کند. تعداد این سیم پیچ ها 6 عدد است. دو عدد از سیم پیچ ها قطر 24 متر و جرم آنها 400 تن است.
• شیر برقی مرکزی در قسمت داخلی محفظه حلقوی یا بهتر است بگوییم در "سوراخ دونات" قرار دارد. اصل عملکرد آن شبیه ترانسفورماتور است و وظیفه اصلی تحریک جریان القایی در پلاسما است.
• کویل های اصلاحی در داخل ظرف خلاء، بین پتو و دیواره محفظه قرار دارند. وظیفه آنها حفظ شکل پلاسما است که قادر به "برآمدگی" موضعی و حتی لمس دیواره های رگ است. به شما امکان می دهد سطح تعامل دیواره های محفظه با پلاسما و در نتیجه میزان آلودگی آن را کاهش دهید و همچنین سایش خود محفظه را کاهش می دهد.

ساختار مجتمع ITER

طرح توکامک که در بالا «به طور خلاصه» توضیح داده شد یک مکانیسم ابتکاری بسیار پیچیده است که با تلاش چندین کشور مونتاژ شده است. با این حال، برای بهره برداری کامل آن، مجموعه کاملی از ساختمان ها واقع در نزدیکی توکامک مورد نیاز است. از جمله:

• سیستم کنترل، دسترسی به داده و ارتباطات - CODAC. در تعدادی از ساختمان های مجتمع ITER واقع شده است.
• ذخیره سازی سوخت و سیستم سوخت - برای رساندن سوخت به توکامک خدمت می کند.
• سیستم خلاء - متشکل از بیش از چهارصد پمپ خلاء است که وظیفه آنها پمپاژ محصولات واکنش گرما هسته ای و همچنین آلاینده های مختلف از محفظه خلاء است.
• سیستم برودتی - نشان داده شده توسط یک مدار نیتروژن و هلیوم. مدار هلیوم دمای توکامک را نرمال می کند، کار (و بنابراین دما) آن به طور مداوم اتفاق نمی افتد، بلکه به صورت پالس است. مدار نیتروژن سپرهای حرارتی کرایواستات و خود مدار هلیوم را خنک می کند. همچنین یک سیستم خنک کننده آبی وجود خواهد داشت که هدف آن کاهش دمای دیوارهای پتو است.
• منبع تغذیه. توکامک برای کار مداوم به 110 مگاوات انرژی نیاز دارد. برای تحقق این امر، خطوط برق به طول یک کیلومتر نصب و به شبکه صنعتی فرانسه متصل خواهد شد. شایان ذکر است که تأسیسات آزمایشی ITER تولید انرژی را فراهم نمی کند، بلکه فقط در جهت منافع علمی عمل می کند.

تامین مالی ITER

راکتور حرارتی بین المللی ITER یک تعهد نسبتاً گران است که در ابتدا 12 میلیارد دلار تخمین زده شد که روسیه، ایالات متحده آمریکا، کره، چین و هند 111/1، ژاپن 2/11 و اتحادیه اروپا 4 را به خود اختصاص دادند. /11. این مبلغ بعداً به 15 میلیارد دلار افزایش یافت. قابل ذکر است که تامین مالی از طریق تامین تجهیزات مورد نیاز مجموعه که در هر کشور توسعه یافته است، صورت می گیرد. بنابراین، روسیه پتو، دستگاه های گرمایش پلاسما و آهنرباهای ابررسانا را تامین می کند.

دیدگاه پروژه

در حال حاضر ساخت مجتمع ITER و تولید تمامی اجزای مورد نیاز توکامک در حال انجام است. پس از راه اندازی برنامه ریزی شده توکامک در سال 2025، مجموعه ای از آزمایش ها آغاز خواهد شد که بر اساس نتایج آن جنبه هایی که نیاز به بهبود دارند ذکر می شود. پس از راه اندازی موفقیت آمیز ITER، قرار است یک نیروگاه مبتنی بر همجوشی حرارتی هسته ای به نام DEMO (نیروگاه DEMOnstration) ساخته شود. هدف DEMo نشان دادن به اصطلاح "جذابیت تجاری" قدرت همجوشی است. اگر ITER قادر به تولید تنها 500 مگاوات انرژی باشد، DEMO قادر خواهد بود به طور مداوم انرژی 2 گیگاواتی تولید کند.

با این حال، باید در نظر داشت که تأسیسات آزمایشی ITER انرژی تولید نخواهد کرد و هدف آن به دست آوردن مزایای صرفاً علمی است. و همانطور که می دانید، این یا آن آزمایش فیزیکی نه تنها می تواند انتظارات را برآورده کند، بلکه دانش و تجربه جدیدی را برای بشریت به ارمغان می آورد.

امروزه بسیاری از کشورها در تحقیقات هسته ای شرکت می کنند. رهبران اتحادیه اروپا، ایالات متحده، روسیه و ژاپن هستند، در حالی که برنامه ها در چین، برزیل، کانادا و کره به سرعت در حال گسترش هستند. در ابتدا، راکتورهای همجوشی در ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی با توسعه سلاح های هسته ای مرتبط بودند و تا کنفرانس اتم ها برای صلح که در سال 1958 در ژنو برگزار شد، طبقه بندی شده باقی ماندند. پس از ایجاد توکاماک شوروی، تحقیقات گداخت هسته ای در دهه 1970 به "علم بزرگ" تبدیل شد. اما هزینه و پیچیدگی دستگاه ها به حدی افزایش یافت که همکاری بین المللی تنها راه پیش رو شد.

راکتورهای حرارتی در جهان

از دهه 1970، استفاده تجاری از انرژی همجوشی به طور مداوم 40 سال به تعویق افتاده است. با این حال، در سال های اخیراتفاقات زیادی افتاده است که باعث می شود این مدت کوتاه شود.

چندین توکاماک از جمله جت اروپایی، MAST بریتانیا و راکتور همجوشی آزمایشی TFTR در پرینستون، ایالات متحده ساخته شده است. پروژه بین المللی ITER در حال حاضر در Cadarache، فرانسه در حال ساخت است. وقتی در سال 2020 شروع به کار کند، بزرگترین توکامک خواهد بود. در سال 2030، چین CFETR را خواهد ساخت که از ITER پیشی خواهد گرفت. در همین حال، چین در حال انجام تحقیقات بر روی ابررسانای آزمایشی tokamak EAST است.

نوع دیگری از راکتورهای همجوشی، ستاره‌داران، نیز در میان محققان محبوبیت دارد. یکی از بزرگترین آنها، LHD، کار خود را در موسسه ملی ژاپن در سال 1998 آغاز کرد. برای یافتن بهترین پیکربندی مغناطیسی برای محصور شدن پلاسما استفاده می شود. موسسه ماکس پلانک آلمان بین سال‌های 1988 تا 2002 در راکتور Wendelstein 7-AS در گارچینگ و در حال حاضر در رآکتور Wendelstein 7-X که ساخت آن بیش از 19 سال طول کشید، تحقیقاتی انجام داد. یکی دیگر از ستارگان TJII در مادرید اسپانیا در حال فعالیت است. در ایالات متحده، آزمایشگاه پرینستون (PPPL) که اولین راکتور همجوشی از این نوع را در سال 1951 ساخت، ساخت NCSX را در سال 2008 به دلیل گرانی هزینه و کمبود بودجه متوقف کرد.

علاوه بر این، پیشرفت های قابل توجهی در تحقیقات همجوشی اینرسی حاصل شده است. ساخت تاسیسات احتراق ملی 7 میلیارد دلاری (NIF) در آزمایشگاه ملی لیورمور (LLNL) که توسط اداره امنیت هسته ای ملی تامین می شود، در مارس 2009 تکمیل شد. لیزر مگاژول فرانسوی (LMJ) در اکتبر 2014 شروع به کار کرد. راکتورهای همجوشی از لیزرهایی استفاده می کنند که حدود 2 میلیون ژول انرژی نور را در عرض چند میلیاردم ثانیه به هدفی به اندازه چند میلی متر می رساند تا واکنش همجوشی هسته ای را ایجاد کند. ماموریت اصلی NIF و LMJ تحقیق در حمایت از برنامه های هسته ای نظامی ملی است.

ITER

در سال 1985، اتحاد جماهیر شوروی ساخت یک توکاماک نسل بعدی را به طور مشترک با اروپا، ژاپن و ایالات متحده پیشنهاد کرد. این کار زیر نظر آژانس بین المللی انرژی اتمی انجام شد. بین سال‌های 1988 و 1990، اولین طرح‌ها برای راکتور آزمایشی گرما هسته‌ای بین‌المللی ITER که در زبان لاتین به معنای «مسیر» یا «سفر» نیز می‌باشد، ایجاد شد تا ثابت کند که همجوشی می‌تواند انرژی بیشتری نسبت به جذب انرژی تولید کند. کانادا و قزاقستان نیز به ترتیب با میانجیگری اوراتوم و روسیه شرکت کردند.

شش سال بعد، هیئت ITER اولین طراحی راکتور جامع را بر اساس فیزیک و فناوری تثبیت شده با هزینه 6 میلیارد دلار تصویب کرد. سپس ایالات متحده از کنسرسیوم خارج شد که آنها را مجبور کرد هزینه ها را به نصف کاهش دهند و پروژه را تغییر دهند. نتیجه ITER-FEAT است که 3 میلیارد دلار هزینه دارد اما به پاسخ خودپایه و تعادل مثبت قدرت می رسد.

در سال 2003، ایالات متحده دوباره به کنسرسیوم پیوست و چین تمایل خود را برای مشارکت اعلام کرد. در نتیجه، در اواسط سال 2005، شرکا با ساخت ITER در Cadarache در جنوب فرانسه موافقت کردند. اتحادیه اروپا و فرانسه نیمی از 12.8 میلیارد یورو را به خود اختصاص دادند، در حالی که ژاپن، چین، کره جنوبی، ایالات متحده و روسیه هر کدام 10 درصد سهم داشتند. ژاپن قطعات با تکنولوژی بالا را ارائه کرد، یک تاسیسات IFMIF یک میلیارد یورویی را که برای آزمایش مواد طراحی شده بود، حفظ کرد و حق ساخت رآکتور آزمایشی بعدی را داشت. کل هزینه ITER شامل نیمی از هزینه های 10 سال ساخت و نیمی برای 20 سال بهره برداری است. هند در پایان سال 2005 هفتمین عضو ITER شد.

آزمایش‌ها قرار است در سال 2018 با استفاده از هیدروژن برای جلوگیری از فعال شدن آهن‌رباها آغاز شود. با استفاده از D-Tپلاسما قبل از سال 2026 انتظار نمی رود.

هدف ITER تولید 500 مگاوات (حداقل برای 400 ثانیه) با استفاده از کمتر از 50 مگاوات توان ورودی بدون تولید برق است.

نیروگاه نمایشی دو گیگاواتی دمو در مقیاس بزرگ به صورت مداوم تولید خواهد کرد. طراحی مفهومی دمو تا سال 2017 تکمیل خواهد شد و ساخت آن در سال 2024 آغاز خواهد شد. پرتاب در سال 2033 انجام خواهد شد.

جت

در سال 1978 اتحادیه اروپا (اوراتوم، سوئد و سوئیس) پروژه مشترک اروپایی JET را در بریتانیا آغاز کرد. JET امروزه بزرگترین توکامک فعال در جهان است. یک راکتور مشابه JT-60 در موسسه ملی فیوژن ژاپن کار می کند، اما فقط JET می تواند از سوخت دوتریوم-تریتیوم استفاده کند.

این راکتور در سال 1983 راه اندازی شد و اولین آزمایش بود که در نتیجه آن در نوامبر 1991 کنترل حرارتی انجام شد. همجوشی هسته ایتوان تا 16 مگاوات برای یک ثانیه و 5 مگاوات توان پایدار در پلاسمای دوتریوم-تریتیوم. آزمایش های زیادی برای مطالعه انجام شده است طرح های مختلفگرمایش و سایر تکنیک ها

بهبودهای بیشتر در JET شامل افزایش قدرت آن است. راکتور فشرده MAST همراه با JET در حال توسعه است و بخشی از پروژه ITER است.

K-STAR

K-STAR یک توکاماک ابررسانای کره ای از موسسه تحقیقات ملی فیوژن (NFRI) در Daejeon است که اولین پلاسمای خود را در اواسط سال 2008 تولید کرد. ITER که حاصل همکاری های بین المللی است. توکامک با شعاع 1.8 متری اولین رآکتوری است که از آهنرباهای ابررسانا Nb3Sn استفاده می کند، همان آهنرباهایی که برای ITER برنامه ریزی شده اند. در طول فاز اول، که تا سال 2012 تکمیل شد، K-STAR باید قابلیت دوام فناوری های زیربنایی را اثبات می کرد و پالس های پلاسما تا 20 ثانیه طول می کشید. در مرحله دوم (2013-2017)، برای مطالعه پالس های بلند تا 300 ثانیه در حالت H و انتقال به حالت AT با عملکرد بالا در حال مدرنیزه شدن است. هدف فاز سوم (2018-2023) دستیابی به بهره وری و کارایی بالا در حالت پالس بلند است. در مرحله 4 (2023-2025)، فناوری های DEMO آزمایش خواهند شد. دستگاه قادر به مدیریت تریتیوم و سوخت D-Tاستفاده نمی کند.

K-DEMO

K-DEMO که با همکاری آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) وزارت انرژی ایالات متحده و NFRI کره جنوبی توسعه یافته است، در نظر گرفته شده است که گام بعدی در توسعه رآکتور تجاری پس از ITER باشد و اولین نیروگاهی خواهد بود که قادر به تولید برق در شبکه برق، یعنی 1 میلیون کیلووات ظرف چند هفته. قطر آن 6.65 متر خواهد بود و دارای یک ماژول منطقه بازتولید است که به عنوان بخشی از پروژه DEMO ایجاد شده است. وزارت آموزش، علم و فناوری کره قصد دارد حدود یک تریلیون وون کره (941 میلیون دلار) در آن سرمایه گذاری کند.

شرق

توکاماک ابررسانای پیشرفته آزمایشی چین (EAST) در موسسه فیزیک چین در هفی، پلاسمای هیدروژن را در دمای 50 میلیون درجه سانتیگراد ایجاد کرد و آن را به مدت 102 ثانیه حفظ کرد.

TFTR

در آزمایشگاه آمریکایی PPPL، راکتور همجوشی تجربی TFTR از سال 1982 تا 1997 کار می کرد. در دسامبر 1993، TFTR اولین توکاماک مغناطیسی بود که آزمایش‌های گسترده پلاسمایی دوتریوم-تریتیوم را انجام داد. سال بعد، راکتور 10.7 مگاوات قدرت قابل کنترل را تولید کرد که در آن زمان رکورددار بود و در سال 1995 رکورد دمای 510 میلیون درجه سانتیگراد به دست آمد. با این حال، این تاسیسات به هدف سربه سر انرژی همجوشی دست پیدا نکرد، اما با موفقیت به اهداف طراحی سخت افزاری دست یافت و سهم قابل توجهی در توسعه ITER داشت.

LHD

LHD در موسسه ملی فیوژن ژاپن در توکی، استان گیفو، بزرگترین ستاره ستاره در جهان بود. راکتور همجوشی در سال 1998 راه اندازی شد و خواص محصور شدن پلاسما را با سایر تاسیسات بزرگ نشان داد. دمای یون 13.5 کو (حدود 160 میلیون درجه سانتیگراد) و انرژی 1.44 MJ بدست آمد.

وندلشتاین 7-X

پس از یک سال آزمایش که در اواخر سال 2015 آغاز شد، دمای هلیوم برای مدت کوتاهی به 1 میلیون درجه سانتی گراد رسید. در سال 2016، یک راکتور همجوشی پلاسمای هیدروژنی با استفاده از 2 مگاوات توان به دمای 80 میلیون درجه سانتیگراد در یک چهارم ثانیه رسید. W7-X بزرگترین ستاره ستاره در جهان است و برنامه ریزی شده است که به مدت 30 دقیقه به طور مداوم کار کند. هزینه راکتور 1 میلیارد یورو بود.

NIF

تاسیسات احتراق ملی (NIF) در آزمایشگاه ملی لیورمور (LLNL) در مارس 2009 تکمیل شد. NIF با استفاده از 192 پرتو لیزر خود قادر است 60 برابر بیشتر از هر سیستم لیزری قبلی انرژی متمرکز کند.

همجوشی سرد

در مارس 1989، دو محقق، استنلی پونز آمریکایی و مارتین فلیشمن بریتانیایی، اعلام کردند که یک راکتور همجوشی سرد رومیزی ساده راه اندازی کرده اند که در دمای اتاق کار می کند. این فرآیند شامل الکترولیز آب سنگین با استفاده از الکترودهای پالادیوم بود که هسته‌های دوتریوم روی آن‌ها با چگالی بالا متمرکز شدند. محققان می گویند که گرمایی تولید می کند که تنها بر اساس فرآیندهای هسته ای قابل توضیح است و محصولات جانبی همجوشی از جمله هلیوم، تریتیوم و نوترون وجود دارد. با این حال، آزمایش‌کنندگان دیگر نتوانستند این آزمایش را تکرار کنند. اکثر جامعه علمی باور ندارند که راکتورهای همجوشی سرد واقعی هستند.

واکنش های هسته ای کم انرژی

تحقیقات با ادعای "همجوشی سرد" آغاز شده است، تحقیقات در زمینه کم انرژی با برخی از پشتیبانی های تجربی ادامه یافته است، اما به طور کلی پذیرفته نشده است. توضیح علمی. ظاهراً از فعل و انفعالات هسته ای ضعیف برای ایجاد و گرفتن نوترون ها استفاده می شود (و نه یک نیروی قدرتمند، مانند همجوشی آنها). آزمایش‌ها شامل عبور هیدروژن یا دوتریوم از یک لایه کاتالیزوری و واکنش با فلز است. محققان از انتشار انرژی مشاهده شده خبر می دهند. مثال عملی اصلی برهمکنش هیدروژن با پودر نیکل است که گرما را به مقداری بیشتر از هر واکنش شیمیایی آزاد می کند.

ITER (ITER، راکتور آزمایشی حرارتی بین‌المللی، «رآکتور آزمایشی بین‌المللی گرما هسته‌ای») یک پروژه علمی و فنی در مقیاس بزرگ است که هدف آن ساخت اولین راکتور آزمایشی حرارتی بین‌المللی است.

توسط هفت شریک اصلی (اتحادیه اروپا، هند، چین، جمهوری کره، روسیه، ایالات متحده آمریکا، ژاپن) در Cadarache (منطقه پروونس-آلپ-کوت دازور، فرانسه) اجرا شد. ITER بر اساس یک نصب توکامک (نامگذاری شده از اولین حروف آن: یک محفظه حلقوی با سیم پیچ های مغناطیسی) است که امیدوارکننده ترین دستگاه برای اجرای همجوشی گرما هسته ای کنترل شده در نظر گرفته می شود. اولین توکاماک در سال 1954 در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شد.

هدف این پروژه نشان دادن این است که انرژی همجوشی می تواند در مقیاس صنعتی استفاده شود. ITER باید از طریق واکنش همجوشی با ایزوتوپ های هیدروژن سنگین در دمای بالای 100 میلیون درجه انرژی تولید کند.

فرض بر این است که 1 گرم سوخت (مخلوطی از دوتریوم و تریتیوم) که در نصب استفاده می شود، انرژی برابر با 8 تن نفت را تامین می کند. توان حرارتی هسته ای تخمینی ITER 500 مگاوات است.

کارشناسان می گویند که راکتوری از این نوع بسیار ایمن تر از نیروگاه های هسته ای فعلی (NPP) است و آب دریا می تواند سوخت آن را در مقادیر تقریباً نامحدود تأمین کند. بنابراین، اجرای موفق ITER منبع پایان ناپذیر انرژی سازگار با محیط زیست را فراهم می کند.

تاریخچه پروژه

مفهوم راکتور در مؤسسه انرژی اتمی به نام توسعه یافته است. I.V.Kurchatova. در سال 1978، اتحاد جماهیر شوروی ایده اجرای این پروژه را در آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) مطرح کرد. توافق در مورد اجرای این پروژه در سال 1985 در ژنو در جریان مذاکرات بین اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده به دست آمد.

این برنامه بعداً توسط آژانس بین‌المللی انرژی اتمی تأیید شد. در سال 1987، این پروژه نام فعلی خود را دریافت کرد و در سال 1988، یک نهاد حاکم ایجاد شد - شورای ITER. در سال 1988-1990 دانشمندان و مهندسان شوروی، آمریکایی، ژاپنی و اروپایی مطالعه مفهومی این پروژه را انجام دادند.

در 21 جولای 1992، در واشنگتن، اتحادیه اروپا، روسیه، ایالات متحده آمریکا و ژاپن توافقنامه ای را در مورد توسعه پروژه فنی ITER امضا کردند که در سال 2001 تکمیل شد. در سال های 2002-2005. کره جنوبی، چین و هند به این پروژه پیوستند. قرارداد ساخت اولین راکتور همجوشی آزمایشی بین المللی در 21 نوامبر 2006 در پاریس به امضا رسید.

یک سال بعد، در 7 نوامبر 2007، توافق نامه ای در محل ساخت و ساز ITER امضا شد که بر اساس آن راکتور در فرانسه، در مرکز هسته ای Cadarache در نزدیکی مارسی قرار خواهد گرفت. مرکز کنترل و پردازش داده ها در ناکا (استان ایباراکی، ژاپن) واقع خواهد شد.

آماده سازی سایت ساخت و ساز در Cadarache در ژانویه 2007 آغاز شد و ساخت و ساز در مقیاس کامل در سال 2013 آغاز شد. این مجموعه در زمینی به مساحت 180 هکتار واقع خواهد شد. این راکتور با ارتفاع 60 متر و وزن 23 هزار تن در سایتی به طول 1 کیلومتر و عرض 400 متر قرار خواهد گرفت.

هزینه این پروژه 15 میلیارد یورو برآورد شده است که اتحادیه اروپا (از طریق اوراتوم) 45.4 درصد از آن را تشکیل می دهد و شش شرکت کننده دیگر (از جمله فدراسیون روسیه) هر کدام 9.1 درصد سهم دارند. از سال 1994، قزاقستان نیز تحت سهمیه روسیه در این پروژه مشارکت داشته است.

عناصر راکتور با کشتی به سواحل مدیترانه فرانسه و از آنجا با کاروان های ویژه به منطقه کاداراش منتقل می شوند. برای این منظور، در سال 2013، بخش هایی از جاده های موجود به طور قابل توجهی تجهیز شدند، پل ها تقویت شدند، گذرگاه ها و مسیرهای جدید با سطوح مخصوصاً مستحکم ساخته شدند. در بازه زمانی 2014 تا 2019، حداقل سه دوجین قطار جاده ای فوق سنگین باید از امتداد جاده مستحکم عبور کنند.

سیستم های تشخیص پلاسما برای ITER در نووسیبیرسک توسعه خواهند یافت. توافق نامه در این مورد در 27 ژانویه 2014 توسط کارگردان امضا شد سازمان بین المللی ITER Osamu Motojima و رئیس آژانس ملی ITER در فدراسیون روسیه آناتولی کراسیلنیکوف.

توسعه یک مجتمع تشخیصی در چارچوب توافقنامه جدید بر اساس موسسه فیزیکی و فنی به نام انجام می شود. A. F. Ioffe آکادمی روسیهعلمی

انتظار می رود که راکتور در سال 2020 به بهره برداری برسد، اولین واکنش های همجوشی هسته ای زودتر از سال 2027 روی آن انجام شود. در سال 2037 برنامه ریزی شده است که بخش آزمایشی پروژه تکمیل شود و تا سال 2040 به تولید برق روی بیاورد. . طبق پیش‌بینی‌های اولیه کارشناسان، نسخه صنعتی راکتور زودتر از سال 2060 آماده می‌شود و مجموعه‌ای از این نوع راکتورها تنها تا پایان قرن بیست و یکم می‌توانند ایجاد شوند.

برای مدت طولانی trudnopisaka از من خواست تا پستی در مورد راکتور حرارتی در حال ساخت بگذارم. جزئیات جالب این فناوری را بیابید، دریابید که چرا اجرای این پروژه اینقدر طول می کشد. من بالاخره مطالب را جمع آوری کردم. بیایید با جزئیات پروژه آشنا شویم.

چگونه همه چیز شروع شد؟ "چالش انرژی" در نتیجه ترکیبی از سه عامل زیر بوجود آمد:

1. بشریت اکنون مقدار زیادی انرژی مصرف می کند.

در حال حاضر مصرف انرژی در جهان حدود 15.7 تراوات (TW) است. با تقسیم این مقدار بر جمعیت جهان، تقریباً 2400 وات به ازای هر نفر بدست می آید که به راحتی قابل تخمین و تجسم است. انرژی مصرف شده توسط هر ساکن زمین (از جمله کودکان) مربوط به عملکرد شبانه روزی 24 لامپ الکتریکی صد وات است. با این حال، مصرف این انرژی در سراسر کره زمین بسیار نابرابر است، زیرا در چندین کشور بسیار زیاد و در برخی دیگر ناچیز است. مصرف (محاسبه برای هر نفر) 10.3 کیلو وات در ایالات متحده آمریکا (یکی از مقادیر رکورد)، 6.3 کیلو وات در فدراسیون روسیه، 5.1 کیلووات در انگلستان و غیره، اما از طرف دیگر در بنگلادش تنها 0.21 کیلووات است (تنها 2 درصد از مصرف انرژی ایالات متحده!).

طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی (2006)، انتظار می رود مصرف جهانی انرژی تا سال 2030 50 درصد افزایش یابد. البته کشورهای توسعه یافته می توانند بدون انرژی اضافی به خوبی عمل کنند، اما این رشد برای رهایی جمعیت از فقر ضروری است. کشورهای در حال توسعه، جایی که 1.5 میلیارد نفر با کمبود شدید انرژی الکتریکی مواجه هستند.

3. در حال حاضر 80 درصد انرژی جهان از سوختن سوخت های فسیلی تامین می شود(نفت، زغال سنگ و گاز) که استفاده از آنها:
الف) به طور بالقوه خطر تغییرات فاجعه بار محیطی را ایجاد می کند.
ب) ناگزیر باید روزی پایان یابد.

با توجه به آنچه گفته شد، مشخص است که اکنون باید خود را برای پایان دوران استفاده از سوخت های فسیلی آماده کنیم.

در حال حاضر نیروگاه های هسته ای انرژی آزاد شده در طی واکنش های شکافت هسته های اتمی را در مقیاس بزرگ تولید می کنند. ایجاد و توسعه چنین ایستگاه هایی باید به هر طریق ممکن تشویق شود، اما باید در نظر داشت که ذخایر یکی از مهمترین مواد برای بهره برداری آنها (اورانیوم ارزان) نیز می تواند تا 50 سال آینده به طور کامل مصرف شود. . امکانات انرژی مبتنی بر شکافت هسته‌ای می‌تواند (و باید) به طور قابل توجهی از طریق استفاده از چرخه‌های انرژی کارآمدتر گسترش یابد، که اجازه می‌دهد مقدار انرژی تولید شده تقریباً دو برابر شود. برای توسعه انرژی در این راستا، لازم است راکتورهای توریم (به اصطلاح راکتورهای پرورش دهنده توریم یا راکتورهای پرورش دهنده) ایجاد شود که در این واکنش، توریم بیشتری نسبت به اورانیوم اصلی تولید شود که در نتیجه مقدار کل انرژی تولید شده است. برای مقدار معینی از ماده 40 برابر افزایش می یابد. همچنین به نظر می رسد امیدوارکننده ای باشد که تولید کننده های پلوتونیوم با استفاده از نوترون های سریع، که بسیار کارآمدتر از راکتورهای اورانیوم هستند و می توانند 60 برابر بیشتر انرژی تولید کنند. ممکن است برای توسعه این مناطق نیاز به توسعه روش های جدید و غیر استاندارد برای به دست آوردن اورانیوم (به عنوان مثال، از آب دریا، که به نظر می رسد در دسترس ترین است) باشد.

نیروگاه های فیوژن

شکل نشان می دهد نمودار مدار(بدون توجه به مقیاس) ساختار و اصل عملکرد یک نیروگاه حرارتی هسته ای. در قسمت مرکزی یک محفظه حلقوی (دونات شکل) با حجم ~ 2000 متر مکعب وجود دارد که با پلاسمای تریتیوم-دوتریوم (T-D) پر شده است که تا دمای بالای 100 درجه سانتیگراد گرم شده است. نوترون های تولید شده در طی واکنش همجوشی (1) از "بطری مغناطیسی" خارج شده و وارد پوسته نشان داده شده در شکل با ضخامت حدود 1 متر می شوند.

در داخل پوسته، نوترون ها با اتم های لیتیوم برخورد می کنند و در نتیجه واکنشی ایجاد می شود که تریتیوم تولید می کند:

نوترون + لیتیوم → هلیوم + تریتیوم

علاوه بر این، واکنش های رقابتی در سیستم رخ می دهد (بدون تشکیل تریتیوم)، و همچنین واکنش های بسیاری با آزاد شدن نوترون های اضافی، که سپس منجر به تشکیل تریتیوم می شود (در این مورد، آزاد شدن نوترون های اضافی می تواند به طور قابل توجهی افزایش یافته است، برای مثال، با وارد کردن اتم های بریلیم به پوسته و سرب). نتیجه گیری کلیاین است که در این نصب یک واکنش همجوشی هسته ای می تواند (حداقل از نظر تئوری) رخ دهد که در آن تریتیوم تشکیل می شود. در این صورت، مقدار تریتیوم تولید شده نه تنها باید پاسخگوی نیازهای خود تاسیسات باشد، بلکه حتی تا حدودی بیشتر باشد که امکان تامین تاسیسات جدید با تریتیوم را فراهم می کند. این مفهوم عملیاتی است که باید در راکتور ITER که در زیر توضیح داده شده است آزمایش و اجرا شود.

علاوه بر این، نوترون ها باید پوسته را در کارخانه های به اصطلاح آزمایشی (که در آن از مصالح ساختمانی نسبتاً معمولی استفاده می شود) تا حدود 400 درجه سانتی گراد گرم کنند. در آینده برنامه ریزی شده است که تاسیسات بهبود یافته با دمای گرمایش پوسته بالای 1000 درجه سانتیگراد ایجاد شود که با استفاده از جدیدترین مواد با مقاومت بالا (مانند کامپوزیت های کاربید سیلیکون) قابل دستیابی است. گرمای تولید شده در پوسته، مانند ایستگاه های معمولی، توسط مدار خنک کننده اولیه با یک خنک کننده (مثلاً حاوی آب یا هلیوم) گرفته می شود و به مدار ثانویه منتقل می شود، جایی که بخار آب تولید شده و به توربین ها عرضه می شود.

1985 - اتحاد جماهیر شوروی نسل بعدی نیروگاه توکامک را با استفاده از تجربه چهار کشور پیشرو در ایجاد راکتورهای همجوشی پیشنهاد کرد. ایالات متحده آمریکا به همراه ژاپن و جامعه اروپایی پیشنهادی را برای اجرای این پروژه ارائه کردند.

در حال حاضر، در فرانسه، ساخت و ساز راکتور آزمایشی بین‌المللی گرما هسته‌ای ITER (راکتور آزمایشی بین‌المللی توکامک)، که در زیر توضیح داده شده است، در حال انجام است، که اولین توکاماکی است که قادر به "اشتعال" پلاسما است.

پیشرفته‌ترین تاسیسات توکامک موجود مدت‌هاست که دمایی در حدود 150 M°C، نزدیک به مقادیر مورد نیاز برای بهره‌برداری از یک ایستگاه همجوشی دارند، اما راکتور ITER باید اولین نیروگاه در مقیاس بزرگ باشد که برای مدت طولانی طراحی شده است. -عملیات مدت در آینده، بهبود قابل توجهی پارامترهای عملیاتی آن ضروری خواهد بود، که اول از همه نیاز به افزایش فشار در پلاسما دارد، زیرا سرعت همجوشی هسته ای در دمای معین متناسب با مربع فشار است. اصلی مشکل علمیاین به این دلیل است که وقتی فشار در پلاسما افزایش می یابد، ناپایداری های بسیار پیچیده و خطرناک ایجاد می شود، یعنی حالت های عملیاتی ناپایدار.

چرا به این نیاز داریم؟

مزیت اصلی همجوشی هسته ای این است که فقط به مقادیر بسیار کمی از موادی نیاز دارد که در طبیعت به عنوان سوخت بسیار رایج هستند. واکنش همجوشی هسته‌ای در تاسیسات توصیف‌شده می‌تواند منجر به آزاد شدن مقدار زیادی انرژی، ده میلیون برابر بیشتر از انتشار گرمای استاندارد در طول دوره معمولی شود. واکنش های شیمیایی(مانند سوزاندن سوخت های فسیلی). برای مقایسه، به این نکته اشاره می کنیم که مقدار زغال سنگ مورد نیاز برای تامین انرژی یک نیروگاه حرارتی با ظرفیت 1 گیگاوات (GW) 10000 تن در روز (ده واگن راه آهن) است و یک نیروگاه همجوشی با همین قدرت فقط حدودا مصرف خواهد کرد. 1 کیلوگرم مخلوط D+T در روز.

دوتریوم ایزوتوپ پایدار هیدروژن است. در حدود یک مولکول از هر 3350 مولکول آب معمولی، یکی از اتم های هیدروژن با دوتریوم (میراثی که ما از آن به ارث برده ایم) جایگزین می شود. بیگ بنگ). این واقعیت سازماندهی تولید نسبتاً ارزان مقدار مورد نیاز دوتریوم از آب را آسان می کند. به دست آوردن تریتیوم که ناپایدار است دشوارتر است (نیمه عمر حدود 12 سال است که در نتیجه محتوای آن در طبیعت ناچیز است) ، اما همانطور که در بالا نشان داده شده است ، تریتیوم در حین کار مستقیماً در داخل تأسیسات ترموهسته ظاهر می شود. به دلیل واکنش نوترون ها با لیتیوم.

بنابراین، سوخت اولیه برای یک راکتور همجوشی لیتیوم و آب است. لیتیوم یک فلز رایج است که به طور گسترده در لوازم خانگی (باتری تلفن همراه و غیره) استفاده می شود. تاسیساتی که در بالا توضیح داده شد، حتی با در نظر گرفتن راندمان غیر ایده آل، قادر به تولید 200000 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی خواهد بود که معادل انرژی موجود در 70 تن زغال سنگ است. مقدار لیتیوم مورد نیاز برای این کار در یک باتری کامپیوتر و مقدار دوتریوم در 45 لیتر آب موجود است. مقدار فوق مربوط به مصرف برق فعلی (محاسبه برای هر نفر) در کشورهای اتحادیه اروپا در طی 30 سال است. خود این واقعیت که چنین مقدار ناچیز لیتیوم می تواند تولید چنین مقدار الکتریسیته (بدون انتشار CO2 و بدون کوچکترین آلودگی هوا) را تضمین کند، استدلالی نسبتاً جدی برای سریعترین و شدیدترین توسعه انرژی حرارتی هسته ای است (علیرغم همه موارد). مشکلات و مشکلات) و حتی بدون اطمینان صددرصدی به موفقیت چنین تحقیقاتی.

دوتریوم باید میلیون ها سال دوام بیاورد و ذخایر لیتیومی که به راحتی استخراج می شود برای تامین نیازهای صدها سال کافی است. حتی اگر لیتیوم در سنگ‌ها تمام شود، می‌توانیم آن را از آب استخراج کنیم، جایی که غلظت آن به اندازه کافی بالاست (100 برابر بیشتر از اورانیوم) تا استخراج معدن از نظر اقتصادی امکان‌پذیر باشد.

یک راکتور آزمایشی گرما هسته ای (رآکتور آزمایشی حرارتی بین المللی) در نزدیکی شهر کاداراش در فرانسه در حال ساخت است. هدف اصلی پروژه ITER اجرای یک واکنش همجوشی حرارتی هسته ای کنترل شده در مقیاس صنعتی است.

به ازای هر واحد وزن سوخت گرما هسته ای، حدود 10 میلیون برابر انرژی بیشتری نسبت به سوزاندن همان مقدار سوخت آلی و حدود صد برابر بیشتر از تجزیه هسته های اورانیوم در راکتورهای نیروگاه های هسته ای فعلی به دست می آید. اگر محاسبات دانشمندان و طراحان محقق شود، این به بشریت یک منبع تمام نشدنی انرژی می دهد.

بنابراین، تعدادی از کشورها (روسیه، هند، چین، کره، قزاقستان، ایالات متحده آمریکا، کانادا، ژاپن، کشورهای اتحادیه اروپا) در ایجاد رآکتور بین المللی تحقیقات حرارتی هسته ای - نمونه اولیه نیروگاه های جدید، به نیروها پیوستند.

ITER تأسیساتی است که شرایطی را برای سنتز اتم‌های هیدروژن و تریتیوم (ایزوتوپ هیدروژن) ایجاد می‌کند که منجر به تشکیل اتم جدید- اتم هلیوم این فرآیند با انفجار عظیم انرژی همراه است: دمای پلاسمایی که در آن واکنش گرما هسته ای رخ می دهد حدود 150 میلیون درجه سانتیگراد است (برای مقایسه، دمای هسته خورشید 40 میلیون درجه است). در این حالت، ایزوتوپ ها می سوزند و عملاً هیچ زباله رادیواکتیو باقی نمی گذارند.
طرح مشارکت در پروژه بین المللی تامین قطعات راکتور و تامین مالی ساخت آن را فراهم می کند. در ازای این، هر یک از کشورهای شرکت‌کننده به تمام فناوری‌های ایجاد یک راکتور حرارتی هسته‌ای و به نتایج همه دسترسی کامل خواهند داشت. کار تجربیبر روی این راکتور، که به عنوان پایه ای برای طراحی راکتورهای حرارتی هسته ای با قدرت سریال عمل می کند.

این راکتور، بر اساس اصل همجوشی گرما هسته ای، فاقد تشعشعات رادیواکتیو بوده و کاملاً ایمن است. محیط زیست. تقریباً در هر جایی می توان آن را قرار داد کره زمینو سوخت آن آب معمولی است. انتظار می رود ساخت ITER حدود ده سال طول بکشد و پس از آن انتظار می رود که راکتور به مدت 20 سال مورد استفاده قرار گیرد.

4000 پیکسل قابل کلیک

منافع روسیه در شورای سازمان بین المللی ساخت رآکتور گرما هسته ای ITER در سال های آینده توسط عضو مسئول آکادمی علوم روسیه، میخائیل کوالچوک - مدیر مرکز تحقیقات روسیه "موسسه کورچاتوف"، موسسه کریستالوگرافی آکادمی علوم روسیه و دبیر علمیشورای علمی، فناوری و آموزش ریاست جمهوری. کوالچوک به طور موقت جایگزین آکادمیک اوگنی ولیخوف در این پست خواهد شد که برای دو سال آینده به عنوان رئیس شورای بین المللی ITER انتخاب شد و حق ندارد این سمت را با وظایف نماینده رسمی یک کشور شرکت کننده ترکیب کند.

کل هزینه ساخت 5 میلیارد یورو تخمین زده می شود و به همین میزان برای عملیات آزمایشی راکتور مورد نیاز است. سهام هند، چین، کره، روسیه، ایالات متحده آمریکا و ژاپن هر کدام تقریباً 10 درصد از ارزش کل را تشکیل می دهند که 45 درصد از کشورهای اتحادیه اروپا است. با این حال، کشورهای اروپایی هنوز درباره نحوه توزیع دقیق هزینه ها بین آنها توافق نکرده اند. به همین دلیل، شروع ساخت و ساز به آوریل 2010 به تعویق افتاد. علیرغم آخرین تاخیر، دانشمندان و مقامات درگیر در ITER می گویند که می توانند این پروژه را تا سال 2018 تکمیل کنند.

توان حرارتی هسته ای تخمینی ITER 500 مگاوات است. وزن قطعات آهنربایی مجزا به 200 تا 450 تن می رسد. برای خنک کردن ITER روزانه 33 هزار متر مکعب آب مورد نیاز است.

در سال 1998، ایالات متحده تامین مالی مشارکت خود در این پروژه را متوقف کرد. پس از به قدرت رسیدن جمهوری خواهان و شروع خاموشی های ناگهانی در کالیفرنیا، دولت بوش افزایش سرمایه گذاری در انرژی را اعلام کرد. آمريكا قصد شركت در پروژه بين المللي را نداشت و مشغول پروژه ترموهسته اي خود بود. در اوایل سال 2002، جان ماربرگر سوم، مشاور فناوری پرزیدنت بوش، گفت که ایالات متحده نظر خود را تغییر داده و قصد دارد به پروژه بازگردد.

از نظر تعداد شرکت کنندگان، این پروژه با یکی دیگر از پروژه های علمی بزرگ بین المللی - بین المللی قابل مقایسه است ایستگاه فضایی. هزینه ITER که قبلا به 8 میلیارد دلار می رسید، در آن زمان به کمتر از 4 میلیارد دلار رسید. در نتیجه خروج ایالات متحده از مشارکت، تصمیم گرفته شد که توان راکتور از 1.5 گیگاوات به 500 مگاوات کاهش یابد. بر این اساس قیمت پروژه نیز کاهش یافته است.

در ژوئن 2002، سمپوزیوم "روزهای ITER در مسکو" در پایتخت روسیه برگزار شد. مشکلات تئوری، عملی و سازمانی احیای پروژه را مورد بحث قرار داد که موفقیت آن می تواند سرنوشت بشریت را تغییر دهد و نوع جدیدی از انرژی به آن بدهد که از نظر کارایی و صرفه جویی فقط با انرژی خورشید قابل مقایسه است.

در ژوئیه 2010، نمایندگان کشورهای شرکت کننده در پروژه راکتور حرارتی بین المللی ITER در نشست فوق العاده ای که در Cadarache، فرانسه برگزار شد، بودجه و برنامه ساخت آن را تصویب کردند. .

در آخرین جلسه فوق العاده، شرکت کنندگان پروژه تاریخ شروع اولین آزمایشات با پلاسما - 2019 را تأیید کردند. آزمایش‌های کامل برای مارس 2027 برنامه‌ریزی شده است، اگرچه مدیریت پروژه از متخصصان فنی درخواست کرد که سعی کنند روند را بهینه کنند و آزمایش‌ها را در سال 2026 آغاز کنند. شرکت کنندگان در جلسه همچنین در مورد هزینه های ساخت راکتور تصمیم گرفتند، اما مبالغ برنامه ریزی شده برای ایجاد تاسیسات فاش نشد. بر اساس اطلاعاتی که سردبیر پورتال ScienceNOW از منبعی ناشناس دریافت کرده است، تا زمان شروع آزمایش ها، هزینه پروژه ITER می تواند به 16 میلیارد یورو برسد.

جلسه در Cadarache همچنین اولین روز کاری رسمی برای مدیر پروژه جدید، فیزیکدان ژاپنی Osamu Motojima بود. قبل از او، این پروژه از سال 2005 توسط کانام ایکدا ژاپنی هدایت می شد که مایل بود بلافاصله پس از تصویب بودجه و مهلت ساخت، پست خود را ترک کند.

راکتور همجوشی ITER است پروژه مشترککشورهای اتحادیه اروپا، سوئیس، ژاپن، ایالات متحده آمریکا، روسیه، کره جنوبی، چین و هند. ایده ایجاد ITER از دهه 80 قرن گذشته مورد توجه قرار گرفته است، اما به دلیل مشکلات مالی و فنی، هزینه پروژه به طور مداوم در حال افزایش است و تاریخ شروع ساخت دائماً به تعویق می افتد. در سال 2009، کارشناسان انتظار داشتند که کار بر روی ایجاد راکتور در سال 2010 آغاز شود. بعداً این تاریخ جابجا شد و ابتدا سال 2018 و سپس 2019 به عنوان زمان راه اندازی راکتور نامگذاری شد.

واکنش‌های همجوشی گرما هسته‌ای واکنش‌هایی از همجوشی هسته‌های ایزوتوپ‌های نور برای تشکیل هسته سنگین‌تر هستند که با آزاد شدن عظیم انرژی همراه است. در تئوری، راکتورهای همجوشی می توانند انرژی زیادی را با هزینه کم تولید کنند، اما در حال حاضر دانشمندان انرژی و پول بیشتری را برای شروع و حفظ واکنش همجوشی صرف می کنند.

همجوشی حرارتی یک روش ارزان و سازگار با محیط زیست برای تولید انرژی است. همجوشی گرما هسته ای کنترل نشده میلیاردها سال است که در خورشید رخ می دهد - هلیوم از ایزوتوپ هیدروژن سنگین دوتریوم تشکیل شده است. این مقدار عظیم انرژی آزاد می کند. با این حال، مردم روی زمین هنوز یاد نگرفته اند که چنین واکنش هایی را کنترل کنند.

راکتور ITER از ایزوتوپ های هیدروژن به عنوان سوخت استفاده خواهد کرد. در طی یک واکنش گرما هسته ای، انرژی آزاد می شود که اتم های سبک با یکدیگر ترکیب شوند و اتم های سنگین تر را تشکیل دهند. برای رسیدن به این هدف، گاز باید تا دمای بیش از 100 میلیون درجه - بسیار بالاتر از دمای مرکز خورشید - گرم شود. گاز در این دما به پلاسما تبدیل می شود. در همان زمان، اتم های ایزوتوپ های هیدروژن ادغام می شوند و با آزاد شدن تعداد زیادی نوترون به اتم های هلیوم تبدیل می شوند. نیروگاهی که بر اساس این اصل کار می کند، از انرژی نوترون هایی استفاده می کند که توسط لایه ای از مواد متراکم (لیتیوم) کند شده است.

چرا ایجاد تاسیسات هسته ای اینقدر طولانی شد؟

چرا چنین تاسیسات مهم و ارزشمندی که حدود نیم قرن است درباره مزایای آن صحبت می شود، هنوز ایجاد نشده است؟ سه دلیل اصلی وجود دارد (در زیر مورد بحث قرار می گیرد)، که اولی را می توان خارجی یا اجتماعی نامید، و دو دلیل دیگر - داخلی، یعنی توسط قوانین و شرایط توسعه خود انرژی گرما هسته ای تعیین می شود.

1. برای مدت طولانی، اعتقاد بر این بود که مشکل استفاده عملی از انرژی همجوشی گرما هسته ای نیازی به تصمیم گیری و اقدامات فوری ندارد، زیرا در دهه 80 قرن گذشته، منابع سوخت فسیلی پایان ناپذیر به نظر می رسید و مشکلات زیست محیطی و تغییرات آب و هوایی باعث شد. نگران عموم نباشد در سال 1976، کمیته مشورتی انرژی همجوشی وزارت انرژی ایالات متحده تلاش کرد تا چارچوب زمانی تحقیق و توسعه و یک نیروگاه همجوشی نمایشی را تحت گزینه های مختلف بودجه تحقیقاتی تخمین بزند. در عین حال، مشخص شد که حجم بودجه سالانه برای تحقیقات در این راستا کاملاً ناکافی است و در صورت حفظ سطح اعتبارات موجود، ایجاد تأسیسات ترمو هسته‌ای هرگز موفق نخواهد بود، زیرا اعتبارات تخصیص یافته مطابقت ندارد. حتی به حداقل، سطح بحرانی.

2. مانع جدی‌تر برای توسعه تحقیقات در این زمینه این است که یک تاسیسات حرارتی هسته‌ای از نوع مورد بحث را نمی‌توان در مقیاس کوچک ایجاد و نشان داد. از توضیحات ارائه شده در زیر، مشخص خواهد شد که همجوشی حرارتی نه تنها به محصور شدن مغناطیسی پلاسما، بلکه به گرمایش کافی آن نیز نیاز دارد. نسبت انرژی مصرف شده و دریافتی حداقل به نسبت مربع ابعاد خطی تاسیسات افزایش می‌یابد، در نتیجه قابلیت‌ها و مزایای علمی و فنی تاسیسات گرما هسته‌ای را می‌توان تنها در ایستگاه‌های نسبتا بزرگ آزمایش و نشان داد. به عنوان راکتور ITER ذکر شده. تا زمانی که اعتماد کافی به موفقیت وجود نداشت، جامعه به سادگی آماده تامین مالی چنین پروژه های بزرگی نبود.

3. توسعه انرژی حرارتی هسته ای بسیار پیچیده بوده است، با این حال (با وجود بودجه ناکافی و مشکلات در انتخاب مراکز برای ایجاد تاسیسات JET و ITER)، پیشرفت واضحی در سال های اخیر مشاهده شده است، اگرچه هنوز یک ایستگاه عملیاتی ایجاد نشده است.

دنیای مدرن با یک چالش انرژی بسیار جدی مواجه است که به طور دقیق تر می توان آن را «بحران انرژی نامطمئن» نامید. مشکل به این واقعیت مربوط می شود که ذخایر سوخت های فسیلی ممکن است در نیمه دوم این قرن تمام شود. علاوه بر این، سوزاندن سوخت های فسیلی ممکن است منجر به نیاز به جذب و "ذخیره" دی اکسید کربن آزاد شده در جو (برنامه CCS ذکر شده در بالا) برای جلوگیری از تغییرات عمده در آب و هوای سیاره شود.

در حال حاضر، تقریباً تمام انرژی مصرف شده توسط بشر با سوزاندن سوخت های فسیلی ایجاد می شود و راه حل مشکل ممکن است با استفاده از انرژی خورشیدی یا انرژی هسته ای (ایجاد راکتورهای تولیدکننده سریع و غیره) مرتبط باشد. مشکل جهانیبا توجه به رشد روزافزون جمعیت کشورهای در حال توسعه و نیاز آنها به بهبود استانداردهای زندگی و افزایش میزان انرژی تولیدی، تنها بر اساس رویکردهای در نظر گرفته شده قابل حل نیست، اگرچه، البته، هرگونه تلاش برای توسعه روش های جایگزین تولید انرژی باید تشویق شود.

به بیان دقیق، ما انتخاب کوچکی از استراتژی های رفتاری داریم و توسعه انرژی حرارتی هسته ای بسیار مهم است، حتی با وجود عدم وجود تضمین موفقیت. روزنامه فایننشال تایمز (مورخ 25 ژانویه 2004) در این باره نوشت:

بیایید امیدوار باشیم که در مسیر توسعه انرژی هسته ای هیچ غافلگیری بزرگ و غیرمنتظره ای وجود نداشته باشد. در این صورت، در حدود 30 سال آینده، برای اولین بار می‌توانیم جریان الکتریکی را از آن به شبکه‌های انرژی برسانیم و تا 10 سال دیگر، اولین نیروگاه تجاری حرارتی هسته‌ای آغاز به کار خواهد کرد. این امکان وجود دارد که در نیمه دوم قرن جاری، انرژی همجوشی هسته ای جایگزین سوخت های فسیلی شود و به تدریج نقش مهمی را در تامین انرژی بشر در مقیاس جهانی ایفا کند.

هیچ تضمینی وجود ندارد که وظیفه ایجاد انرژی گرما هسته ای (به عنوان یک منبع انرژی موثر و در مقیاس بزرگ برای تمام بشریت) با موفقیت انجام شود، اما احتمال موفقیت در این مسیر بسیار زیاد است. با توجه به پتانسیل عظیم ایستگاه‌های هسته‌ای، همه هزینه‌های پروژه‌ها برای توسعه سریع (و حتی شتاب‌زده) آنها را می‌توان موجه دانست، به‌ویژه که این سرمایه‌گذاری‌ها در مقابل پس‌زمینه بازار هیولایی انرژی جهانی (۴ تریلیون دلار در سال) بسیار متوسط ​​به نظر می‌رسند. تامین انرژی مورد نیاز بشر یک مشکل بسیار جدی است. همانطور که سوخت های فسیلی کمتر و کمتر در دسترس می شوند (و استفاده از آنها نامطلوب می شود)، وضعیت در حال تغییر است و ما به سادگی نمی توانیم انرژی همجوشی را توسعه دهیم.

در پاسخ به این سوال که "انرژی حرارتی هسته ای چه زمانی ظاهر می شود؟" لو آرتیموویچ (یک پیشگام و رهبر شناخته شده تحقیقات در این زمینه) زمانی پاسخ داد که "زمانی ایجاد خواهد شد که واقعاً برای بشریت ضروری شود".

ITER اولین راکتور همجوشی خواهد بود که انرژی بیشتری نسبت به مصرف خود تولید می کند. دانشمندان این ویژگی را با استفاده از ضریب ساده، که به آن «ق» می گویند. اگر ITER به تمام اهداف علمی خود دست یابد، 10 برابر انرژی مصرفی خود تولید خواهد کرد. آخرین دستگاه ساخته شده، Joint European Thor در انگلستان، نمونه اولیه کوچکتری از راکتور همجوشی است که در مراحل پایانی خود است. تحقیقات علمیبه مقدار Q تقریباً 1 رسیده است. این بدان معناست که دقیقاً همان مقدار انرژی را تولید می کند که مصرف می کند. ITER با نشان دادن تولید انرژی از همجوشی و دستیابی به مقدار Q 10 فراتر از این خواهد رفت. ایده تولید 500 مگاوات از مصرف انرژی تقریباً 50 مگاوات است. بنابراین، یکی از اهداف علمی ITER این است که ثابت کند که مقدار Q برابر با 10 قابل دستیابی است.

دیگر هدف علمیاین است که ITER یک زمان "سوزاندن" بسیار طولانی خواهد داشت - یک پالس با مدت زمان افزایش تا یک ساعت. ITER یک راکتور آزمایشی تحقیقاتی است که نمی تواند به طور مداوم انرژی تولید کند. هنگامی که ITER شروع به کار می کند، به مدت یک ساعت روشن می شود و پس از آن باید خاموش شود. این مهم است زیرا تاکنون دستگاه‌های استانداردی که ما ایجاد کرده‌ایم می‌توانستند زمان سوختن چند ثانیه یا حتی دهم ثانیه داشته باشند - این حداکثر است. "Joint European Torus" با زمان سوختن تقریباً دو ثانیه با طول پالس 20 ثانیه به مقدار Q خود به 1 رسید. اما فرآیندی که چند ثانیه طول می کشد واقعاً دائمی نیست. به قیاس با روشن کردن موتور خودرو: روشن کردن مختصر موتور و سپس خاموش کردن آن هنوز عملکرد واقعی خودرو نیست. تنها زمانی که ماشین خود را به مدت نیم ساعت رانندگی کنید، به حالت کار ثابت می رسد و نشان می دهد که چنین خودرویی واقعاً قابل رانندگی است.

یعنی از نظر فنی و علمی، ITER مقدار Q 10 و افزایش زمان رایت را ارائه می دهد.

برنامه همجوشی حرارتی واقعاً بین المللی و ماهیت گسترده ای دارد. مردم در حال حاضر روی موفقیت ITER حساب می کنند و به گام بعدی فکر می کنند - ایجاد یک نمونه اولیه از یک راکتور حرارتی هسته ای صنعتی به نام DEMO. برای ساخت آن، ITER باید کار کند. ما باید به اهداف علمی خود برسیم زیرا این بدان معناست که ایده هایی که ارائه می کنیم کاملاً قابل اجرا هستند. با این حال، موافقم که همیشه باید به آینده فکر کنید. علاوه بر این، با فعالیت ITER به مدت 25 تا 30 سال، دانش ما به تدریج عمیق تر و گسترش خواهد یافت و ما قادر خواهیم بود گام بعدی خود را با دقت بیشتری ترسیم کنیم.

در واقع، هیچ بحثی در مورد اینکه آیا ITER باید توکاماک باشد وجود ندارد. برخی از دانشمندان این سوال را کاملا متفاوت مطرح می کنند: آیا ITER باید وجود داشته باشد؟ متخصصان در کشورهای مختلفبا توسعه پروژه‌های هسته‌ای نه چندان بزرگ خود، استدلال می‌کنند که چنین رآکتور بزرگی اصلاً مورد نیاز نیست.

با این حال، به سختی باید نظر آنها را معتبر دانست. فیزیکدانانی که برای چندین دهه با تله های حلقوی کار می کردند در ایجاد ITER نقش داشتند. طراحی راکتور حرارتی آزمایشی در کاراداش بر اساس تمام دانش به دست آمده در طی آزمایشات بر روی ده ها توکاماک قبلی بود. و این نتایج نشان می دهد که راکتور باید یک توکامک و در عین حال بزرگ باشد.

JET در حال حاضر موفق ترین توکامک را می توان JET دانست که توسط اتحادیه اروپا در شهر ابینگدون بریتانیا ساخته شده است. این بزرگترین راکتور از نوع توکاماک است که تا به امروز ایجاد شده است، شعاع بزرگ توروس پلاسما 2.96 متر است. قدرت واکنش گرما هسته ای در حال حاضر به بیش از 20 مگاوات با زمان ماند تا 10 ثانیه رسیده است. راکتور حدود 40 درصد از انرژی وارد شده به پلاسما را برمی گرداند.

ایگور سمنوف به Infox.ru گفت: این فیزیک پلاسما است که تعادل انرژی را تعیین می کند. دانشیار MIPT با یک مثال ساده توضیح داد که تعادل انرژی چیست: «همه ما آتش سوزی را دیده ایم. در واقع این چوب نیست که در آنجا می سوزد، بلکه گاز است. زنجیره انرژی در آنجا به این صورت است: گاز می سوزد، چوب گرم می شود، چوب تبخیر می شود، گاز دوباره می سوزد. بنابراین، اگر آب را روی آتش بیندازیم، به طور ناگهانی از سیستم انرژی می گیریم انتقال فاز آب مایعبه حالت بخار تعادل منفی می شود و آتش خاموش می شود. راه دیگری وجود دارد - ما به سادگی می توانیم آتش نشان ها را برداریم و آنها را در فضا پخش کنیم. آتش نیز خاموش خواهد شد. در رآکتور حرارتی هسته‌ای که ما در حال ساختن آن هستیم، همین‌طور است. ابعاد برای ایجاد تعادل انرژی مثبت مناسب برای این راکتور انتخاب شده است. برای ساختن یک نیروگاه هسته ای واقعی در آینده کافی است و در این مرحله آزمایشی تمام مشکلاتی که در حال حاضر حل نشده باقی مانده اند را حل می کند.

ابعاد راکتور یک بار تغییر کرد. این اتفاق در اواخر قرن 20-21 رخ داد، زمانی که ایالات متحده از پروژه خارج شد و اعضای باقی مانده متوجه شدند که بودجه ITER (در آن زمان 10 میلیارد دلار آمریکا تخمین زده می شد) بسیار زیاد است. فیزیکدانان و مهندسان ملزم به کاهش هزینه نصب شدند. و این فقط به دلیل اندازه قابل انجام است. "بازطراحی" ITER توسط فیزیکدان فرانسوی رابرت آیمار، که قبلاً روی توکامک فرانسوی Tore Supra در کاراداش کار می کرد، رهبری شد. شعاع بیرونی توروس پلاسما از 8.2 به 6.3 متر کاهش یافته است. با این حال، خطرات مرتبط با کاهش اندازه تا حدی توسط چندین آهنربای ابررسانای اضافی جبران شد، که امکان اجرای حالت محصور شدن پلاسما را فراهم کرد، که در آن زمان باز و مورد مطالعه قرار گرفت.

منبع
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su

بشریت به تدریج به مرز کاهش برگشت ناپذیر منابع هیدروکربنی زمین نزدیک می شود. ما تقریباً دو قرن است که در حال استخراج نفت، گاز و زغال سنگ از روده‌های سیاره بوده‌ایم و از قبل مشخص است که ذخایر آنها با سرعت فوق‌العاده‌ای در حال تخلیه شدن است. کشورهای پیشرو جهان مدتهاست که به فکر ایجاد یک منبع جدید انرژی، سازگار با محیط زیست، ایمن از نقطه نظر عملیات، با ذخایر عظیم سوخت بوده اند.

راکتور فیوژن

امروزه صحبت های زیادی در مورد استفاده از به اصطلاح انواع جایگزین انرژی - منابع تجدید پذیر در قالب فتوولتائیک، انرژی بادی و برق آبی وجود دارد. بدیهی است که با توجه به خواصی که دارند، این جهت ها تنها می توانند به عنوان منابع کمکی تامین انرژی عمل کنند.

به عنوان یک چشم انداز بلند مدت برای بشریت، تنها انرژی بر اساس واکنش های هسته ای.

از یک سو، کشورهای بیشتری به ساخت راکتورهای هسته ای در قلمرو خود علاقه نشان می دهند. اما هنوز یک مشکل مبرم برای انرژی هسته ای، پردازش و دفع زباله های رادیواکتیو است و این بر شاخص های اقتصادی و زیست محیطی تأثیر می گذارد. در اواسط قرن بیستم، فیزیکدانان برجسته جهان، در جستجوی انواع جدیدی از انرژی، به منبع حیات روی زمین - خورشید، روی آوردند، که در اعماق آن، در دمای حدود 20 میلیون درجه، واکنش نشان داد. سنتز (همجوشی) عناصر سبک با آزاد شدن انرژی عظیم صورت می گیرد.

متخصصان داخلی وظیفه توسعه تأسیساتی برای اجرای واکنش های همجوشی هسته ای در شرایط زمینی را از همه بهتر انجام دادند. دانش و تجربه در زمینه همجوشی حرارتی کنترل شده (CTF) که در روسیه به دست آمده است، اساس این پروژه را تشکیل می دهد که بدون اغراق، امید انرژی بشریت است - راکتور آزمایشی حرارتی بین المللی (ITER) که در حال ساخت است. ساخته شده در Cadarache (فرانسه).

تاریخچه همجوشی گرما هسته ای

اولین تحقیقات هسته ای در کشورهایی که روی برنامه های دفاع اتمی خود کار می کردند آغاز شد. این تعجب آور نیست، زیرا در طلوع عصر اتمی هدف اصلیظهور راکتورهای پلاسما دوتریوم یک مطالعه بود فرآیندهای فیزیکیدر پلاسمای داغ، که آگاهی از آن، از جمله موارد دیگر، برای ایجاد سلاح های گرما هسته ای ضروری بود. بر اساس داده های طبقه بندی نشده، اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا تقریباً به طور همزمان در دهه 1950 آغاز شد. روی UTS کار کنید اما، در عین حال، شواهد تاریخی وجود دارد که در سال 1932، انقلابی قدیمی و دوست نزدیک رهبر پرولتاریای جهانی، نیکولای بوخارین، که در آن زمان ریاست کمیته شورای عالی اقتصاد را بر عهده داشت و از توسعه علم شوروی، پیشنهاد راه اندازی پروژه ای در کشور برای مطالعه واکنش های حرارتی هسته ای کنترل شده را ارائه کرد.

تاریخچه پروژه گرما هسته ای شوروی خالی از واقعیت نیست. آکادمیک مشهور آینده و خالق بمب هیدروژنی، آندری دیمیتریویچ ساخاروف، از ایده عایق حرارتی مغناطیسی پلاسمای با دمای بالا از نامه یک سرباز الهام گرفت. ارتش شوروی. در سال 1950، گروهبان اولگ لاورنتیف، که در ساخالین خدمت می کرد، به کمیته مرکزی اتحادیه سراسری فرستاد. حزب کمونیستنامه ای که در آن پیشنهاد استفاده از آن را داشت بمب هیدروژنیلیتیوم-6 دوترید به جای دوتریوم و تریتیوم مایع شده و همچنین سیستمی با محصور شدن الکترواستاتیک پلاسمای داغ برای همجوشی گرما هسته ای کنترل شده ایجاد می کند. این نامه توسط دانشمند جوان آن زمان آندری ساخاروف مورد بررسی قرار گرفت و در بررسی خود نوشت که "لازم می داند که بحث مفصلی درباره پروژه رفیق لاورنتیف داشته باشد."

قبلاً در اکتبر 1950، آندری ساخاروف و همکارش ایگور تام اولین تخمین‌ها را از یک راکتور گرما هسته‌ای مغناطیسی (MTR) انجام دادند. اولین نصب حلقوی با طولی قوی میدان مغناطیسیبر اساس ایده های I. Tamm و A. Sakharov در سال 1955 در LIPAN ساخته شد. TMP نامیده شد - چنبره ای با میدان مغناطیسی. تأسیسات بعدی قبلاً به نام TOKAMAK نامیده می شدند، پس از ترکیب هجاهای اولیه در عبارت "TORIDAL CAMBER MAGNETIC COIL". توکامک در نسخه کلاسیک خود یک محفظه حلقوی دونات شکل است که در یک میدان مغناطیسی حلقوی قرار گرفته است. از 1955 تا 1966 در مؤسسه کورچاتوف، 8 چنین تاسیساتی ساخته شد که مطالعات مختلف زیادی روی آنها انجام شد. اگر قبل از سال 1969، توکاماک در خارج از اتحاد جماهیر شوروی فقط در استرالیا ساخته می شد، در سال های بعد آنها در 29 کشور از جمله ایالات متحده آمریکا، ژاپن، کشورهای اروپایی، هند، چین، کانادا، لیبی، مصر ساخته شدند. در مجموع تا به امروز حدود 300 توکاماک در جهان ساخته شده است که 31 دستگاه در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه، 30 دستگاه در ایالات متحده آمریکا، 32 دستگاه در اروپا و 27 دستگاه در ژاپن است. در واقع، سه کشور - اتحاد جماهیر شوروی، بریتانیای کبیر و ایالات متحده - درگیر رقابتی ناگفته بودند تا ببینند چه کسی اولین کسی است که پلاسما را مهار می کند و در واقع شروع به تولید انرژی از آب می کند.

مهمترین مزیت یک راکتور گرما هسته ای کاهش خطر بیولوژیکی تشعشع به میزان تقریباً هزار برابر در مقایسه با همه راکتورهای انرژی هسته ای مدرن است.

یک راکتور گرما هسته ای CO2 منتشر نمی کند و زباله های رادیواکتیو "سنگین" تولید نمی کند. این راکتور را می توان در هر مکان و هر مکانی قرار داد.

قدمی نیم قرن

در سال 1985، آکادمیک اوگنی ولیخوف، به نمایندگی از اتحاد جماهیر شوروی، پیشنهاد کرد که دانشمندان از اروپا، ایالات متحده آمریکا و ژاپن برای ایجاد یک راکتور حرارتی هسته ای با یکدیگر همکاری کنند و قبلاً در سال 1986 در ژنو توافق نامه ای در مورد طراحی این تاسیسات حاصل شد که بعداً انجام شد. نام ITER را دریافت کرد. در سال 1992، شرکا توافقنامه ای چهارجانبه برای توسعه یک طراحی مهندسی برای راکتور امضا کردند. مرحله اول ساخت و ساز قرار است تا سال 2020 تکمیل شود، زمانی که قرار است اولین پلاسما دریافت شود. در سال 2011، ساخت و ساز واقعی در سایت ITER آغاز شد.

طراحی ITER از توکاماک کلاسیک روسی پیروی می کند که در دهه 1960 توسعه یافت. برنامه ریزی شده است که در مرحله اول راکتور در حالت پالسی با توان واکنش های حرارتی 400-500 مگاوات کار کند، در مرحله دوم عملکرد مداوم راکتور و همچنین سیستم تولید مثل تریتیوم آزمایش خواهد شد. .

بی جهت نیست که راکتور ITER آینده انرژی بشریت نامیده می شود. اولاً، این بزرگترین پروژه علمی جهان است، زیرا تقریباً کل جهان در حال ساخت آن در خاک فرانسه است: اتحادیه اروپا + سوئیس، چین، هند، ژاپن، کره جنوبی، روسیه و ایالات متحده آمریکا در آن شرکت می کنند. قرارداد ساخت این تاسیسات در سال 2006 امضا شد. کشورهای اروپایی حدود 50 درصد از تأمین مالی پروژه را به عهده دارند، روسیه تقریباً 10 درصد از کل مبلغ را تشکیل می دهد که در قالب تجهیزات پیشرفته سرمایه گذاری خواهد شد. اما بیشترین سهم اصلیروسیه - خود فناوری توکاماک است که اساس راکتور ITER را تشکیل می دهد.

ثانیا، این اولین تلاش در مقیاس بزرگ برای استفاده از واکنش گرما هسته ای است که در خورشید برای تولید برق رخ می دهد. ثالثاً این کار علمیباید نتایج بسیار عملی به ارمغان آورد و تا پایان قرن جهان انتظار ظهور اولین نمونه اولیه یک نیروگاه حرارتی هسته ای تجاری را دارد.

دانشمندان تصور می کنند که اولین پلاسما در راکتور حرارتی آزمایشی بین المللی در دسامبر 2025 تولید خواهد شد.

چرا به معنای واقعی کلمه تمام جامعه علمی جهان شروع به ساخت چنین راکتوری کردند؟ واقعیت این است که بسیاری از فناوری‌هایی که قرار است در ساخت ITER مورد استفاده قرار گیرند، به یکباره به همه کشورها تعلق ندارند. یک کشور، حتی پیشرفته ترین آنها از نظر علمی و فنی، نمی تواند فوراً صد فناوری در بالاترین سطح جهانی در همه زمینه های فناوری مورد استفاده در چنین پروژه ای با فناوری پیشرفته و پیشرفتی مانند راکتور حرارتی هسته ای داشته باشد. اما ITER از صدها فناوری مشابه تشکیل شده است.

روسیه در بسیاری از فناوری های همجوشی گرما هسته ای از سطح جهانی پیشی گرفته است. اما به عنوان مثال، دانشمندان هسته‌ای ژاپنی نیز در این زمینه دارای شایستگی‌های منحصربه‌فردی هستند که در ITER کاملاً قابل اجرا هستند.

بنابراین، در همان ابتدای پروژه، کشورهای شریک در مورد اینکه چه کسی و چه چیزی به سایت عرضه می شود به توافق رسیدند و این نباید فقط همکاری در زمینه مهندسی باشد، بلکه فرصتی برای هر یک از شرکا برای دریافت فناوری های جدید باشد. از سایر شرکت کنندگان، به طوری که در آینده خودتان آنها را توسعه دهید.

آندری رتینگر، روزنامه نگار بین المللی